中國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展綜述

翟宇飛 孫喜林

摘要：智能電網(wǎng)的本質(zhì)是運(yùn)行在高冗余電力一次硬件基礎(chǔ)上的，基于全輸配送電系統(tǒng)大數(shù)據(jù)支持下的，高度自主化運(yùn)行的電網(wǎng)系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著對(duì)不可再生能源的大量開(kāi)采，不可再生能源臨近枯竭，同時(shí)使用傳統(tǒng)能源造成的環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)重。僅僅依賴(lài)攫取不可再生能源以促進(jìn)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方式顯然已不符合現(xiàn)如今中國(guó)的國(guó)情，以石油和煤炭為核心的化石能源時(shí)代注定在不遠(yuǎn)的將來(lái)宣告結(jié)束，新能源和化石能源互補(bǔ)的“混合能源時(shí)代”是中國(guó)在未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中要面臨的新時(shí)代。為了適應(yīng)即將到來(lái)的“混合能源時(shí)代”，中國(guó)亟需以新一輪技術(shù)革命、產(chǎn)業(yè)革命為支點(diǎn)，用更為科學(xué)的、環(huán)保的、可持續(xù)的發(fā)展模式來(lái)替代以往粗放的發(fā)展模式。因此，為了保證電力系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中繼續(xù)發(fā)揮中流砥柱的作用，智能電網(wǎng)在中國(guó)迅速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：中國(guó);智能電網(wǎng);發(fā)展

引言

目前，智能電網(wǎng)處于不斷發(fā)展完善的階段。國(guó)家為了促進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè)，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目給予了諸多政策支持，但推進(jìn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵在于電力通信技術(shù)的運(yùn)用。與發(fā)電和輸電網(wǎng)相比，配電網(wǎng)更為復(fù)雜，其通過(guò)降低輸電電壓以滿(mǎn)足用戶(hù)的需求并直接與各種終端用戶(hù)相連，完成了從發(fā)電到用電的最后一步。配電網(wǎng)的功能和職責(zé)決定了其運(yùn)行機(jī)制的復(fù)雜性。目前我國(guó)配電網(wǎng)由于整體以輻射式、單環(huán)網(wǎng)居多等原因還存在可靠性低、網(wǎng)損高、無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制等缺點(diǎn)。這就需要更精確的故障診斷方法來(lái)提高配電網(wǎng)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量、維護(hù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定、減少系統(tǒng)能量損失。

1智能電網(wǎng)的背景和定義

隨著社會(huì)的快速發(fā)展與進(jìn)步，傳統(tǒng)電網(wǎng)越來(lái)越不能滿(mǎn)足人們的日益增長(zhǎng)的需求。因此，在電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸時(shí)期，亟需一個(gè)能夠集能源資源開(kāi)發(fā)、輸送技術(shù)，傳統(tǒng)電網(wǎng)已有的發(fā)電、輸電、配電、售電功能，以及對(duì)終端用戶(hù)各種電氣設(shè)備和其他用能設(shè)施連接共享信息的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)為一體的智能系統(tǒng)，這種智能系統(tǒng)在提高能源利用效率的同時(shí)還兼顧環(huán)境保護(hù)。在這種情況下，智能電網(wǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。由于各國(guó)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r不同，對(duì)建立智能電網(wǎng)的目標(biāo)也存在差異，因此到目前為止對(duì)智能電網(wǎng)尚未有一個(gè)世界范圍內(nèi)的定義?，F(xiàn)階段中國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的主要目標(biāo)是協(xié)調(diào)各級(jí)電網(wǎng)，優(yōu)化電力資源配置，最大限度提高電力資源利用效率，但在智能電網(wǎng)深度建設(shè)方面，與其他國(guó)家和地區(qū)還有一定差距。

2智能電網(wǎng)基本信息

2.1基于編碼策略的電網(wǎng)假數(shù)據(jù)注入攻擊檢測(cè)

信息技術(shù)和通訊技術(shù)的深入應(yīng)用使得傳統(tǒng)電力系統(tǒng)逐漸發(fā)展為智能電網(wǎng)。先進(jìn)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施和用電需求管理等多種監(jiān)控單元組的應(yīng)用使得能源利用率大大提高，但與此同時(shí)，系統(tǒng)封閉性的打破也給智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全帶來(lái)了新的威脅。虛假數(shù)據(jù)注入攻擊（FDIA）通過(guò)篡改監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)收集到的觀測(cè)數(shù)據(jù)，造成狀態(tài)估計(jì)結(jié)果的偏移，并且可以規(guī)避目前的不良數(shù)據(jù)檢測(cè)（BDD）機(jī)制。由于狀態(tài)估計(jì)為能源管理系統(tǒng)（EMS）中運(yùn)行的核心步驟之一，其結(jié)果將會(huì)被用于EMS的其他步驟中，例如BDD、傳輸穩(wěn)定性分析等，因而該類(lèi)攻擊對(duì)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全造成了嚴(yán)重的威脅。因此，為了提高智能電網(wǎng)的可靠性，對(duì)于FDIA檢測(cè)方法的研究無(wú)論是對(duì)于理論還是現(xiàn)實(shí)都有著十分重要的意義。

2.2配電網(wǎng)智能故障診斷

智能電網(wǎng)的通信主要采用光纖進(jìn)行信息傳輸，電力線載波、衛(wèi)星、微波等是輔助通信傳輸?shù)闹饕侄?。智能電網(wǎng)是電力流和信息流雙向的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是在原有的電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新而發(fā)展起來(lái)的，通信能力的提高和通信方式的多樣性極大地提升了智能電網(wǎng)通信的水平，WiFi、WLAN、4G、5G和光纖等通信通過(guò)與運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)的融合實(shí)現(xiàn)了全國(guó)電力資源共享，逐步擴(kuò)大服務(wù)范圍。電力通信技術(shù)在智能電網(wǎng)雙向電力信息流的傳輸方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。電力通信技術(shù)通過(guò)對(duì)智能設(shè)備的信息采集，運(yùn)用智能化技術(shù)把復(fù)雜的多系統(tǒng)融合成技術(shù)系統(tǒng)。智能電網(wǎng)采用電力通信技術(shù)有利于智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)的狀態(tài)。一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，基于電力通信技術(shù)和智能化技術(shù)的智能電網(wǎng)會(huì)第一時(shí)間將故障信息反饋給電網(wǎng)管理者，使電力系統(tǒng)更便于管理者進(jìn)行控制。

2.3智能電網(wǎng)中基于密鑰生成的物理層安全技術(shù)

智能電網(wǎng)涉及泛在的環(huán)境感知、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)工程，其中無(wú)線通信是非常重要的組成部分，網(wǎng)絡(luò)底層的數(shù)據(jù)傳輸、控制信令、導(dǎo)航信號(hào)都需要依賴(lài)于無(wú)線信號(hào)作為載體。因此，無(wú)線鏈路和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全可靠在智能電網(wǎng)中至關(guān)重要。然而，無(wú)線信道的開(kāi)放性和電磁信號(hào)傳播的廣播特性給智能電網(wǎng)帶來(lái)了嚴(yán)峻的安全挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上的無(wú)線通信安全主要依靠密碼學(xué)在信息層面進(jìn)行信源加密來(lái)避免信息泄露或者直接移植有線通信系統(tǒng)中的高層安全協(xié)議。此類(lèi)安全措施無(wú)疑會(huì)帶來(lái)較高的計(jì)算復(fù)雜度和能耗，而且，密鑰的分發(fā)、存儲(chǔ)和管理等過(guò)程也會(huì)帶來(lái)巨大的開(kāi)銷(xiāo)。幸運(yùn)的是，物理層安全提供了一種低復(fù)雜度的解決方案，它充分利用了無(wú)線信道固有的特征來(lái)保障無(wú)線通信安全，可以作為傳統(tǒng)高層安全措施在物理層的互補(bǔ)手段，為無(wú)線安全提供雙重保證。密鑰生成是物理層安全領(lǐng)域的一個(gè)重要分支：通過(guò)提取無(wú)線信道本質(zhì)特征生成密鑰，可以有效避免傳統(tǒng)密鑰技術(shù)的密鑰分發(fā)和管理等復(fù)雜環(huán)節(jié)，以及密鑰本身傳輸?shù)陌踩珕?wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

總之，未來(lái)分布式電源想要大規(guī)模普及主要涉及到兩個(gè)方面，其一是分布式電源設(shè)備本身，既要保證風(fēng)力和光伏發(fā)電設(shè)備的小規(guī)?；?，以方便終端用戶(hù)的安裝，又要保證設(shè)備的發(fā)電效率是未來(lái)中國(guó)分布式電源設(shè)備制造企業(yè)研究的方向;其二，要讓終端用戶(hù)從中受益，大范圍設(shè)備的安裝才可以順利進(jìn)行。在新老電網(wǎng)的過(guò)渡方面，目前中國(guó)特高壓線路的建設(shè)數(shù)量還不能滿(mǎn)足智能電網(wǎng)建設(shè)的需求，加快特高壓線路的建設(shè)，最終使大量的特高壓線路連接成堅(jiān)強(qiáng)的特高壓網(wǎng)絡(luò)，是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。最后，加強(qiáng)對(duì)智能電網(wǎng)的宣傳，建設(shè)更多的智能電網(wǎng)示范工程，讓用戶(hù)參與到建設(shè)中來(lái)，對(duì)于智能電網(wǎng)概念的推廣有積極作用。

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